A.12_ATPW 2013_Pemanfaatan Kefceepatan Angin Di Jembatan Nasional

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah (ATPW), Surabaya, 26 Juni 2013, ISSN 2301-XXXX

Manajemen dan Rekayasa Sumber Daya Air A-136

PEMANFAATAN KECEPATAN ANGIN DI JEMBATAN NASIONAL SURAMADU DALAM ANALISA AWAL POTENSI

PLTAL (PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN LAUT)

R. Aldi Kurnia W, Yulia Nur F, Innanda Rizqia P, Widya Utama Teknik Geofisika, FTSP

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Email : [email protected]

ABSTRAK

PLTAL (Pembangkit Listrik Tenaga Angin Laut) merupakan salah satu teknologi dalam memanfaatkan angin laut menjadi sumber tenaga listrik. Kapasitas pembangkit listrik yang dapat dihasilkan oleh PLTAL sangat bergantung pada kecepatan angin. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kecepatan angin dan arah angin di Jembatan Nasional Suramadu. Sehingga dapat diprediksi peletakan turbin dan daya yang dapat dihasilkan oleh turbin. Untuk melakukan penelitian ini telah dilakukan pengumpulan data, yakni koordinat titik pengukuran, kecepatan angin, arah angin, dan beban daya listrik. Akusisi data dilakukan pada pagi hingga malam menggunakan anemometer di sepanjang jembatan dengan interval jarak pengukuran 900 meter setiap titik pengukuran. Selanjutnya, dengan melakukan perhitungan kecepatan angin yang difilter menggunakan metode moving average untuk mengurangi noise dari angin kendaraan, maka akan dianalisa dan didapatkan penentuan lokasi peletakan turbin dan akumulasi turbin yang dibutuhkan agar sesuai dengan kebutuhan daya jembatan. Dari hasil perhitungan dibutuhkan 12 turbin dimana pada lokasi MK1 7 buah turbin dan MK4 5 buah turbin dengan estimasi daya listrik yang dihasilkan MK1 6666 Watt dan MK4 6487 Watt.

Kata kunci : Jembatan Suramadu, PLTAL, kecepatan angin, moving average, daya listrik

1. Pendahuluan Saat ini sumber energi minyak bumi

semakin lama jumlahnya semakin berkurang, sehingga dibutuhkan energi alternatif untuk memenuhi kebutuhan sumber energi. Selain itu energi yang berasal dari minyak bumi juga menghasilkan gasgas dan cairan yang dapat mencemari lingkungan dalam proses produksinya. Salah satu energi alternatif untuk mengganti sumber

minyak bumi adalah energi angin. Dari segi ekonomi, sumber energi angin mampu mengurangi penggunaan bahan bakar minyak serta menciptakan lapangan pekerjaan. Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Pemanfaatan energi angin di Indonesia khususnya di Suramadu dapat dilakukan, karena jembatan Suramadu

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Prasarana Wilayah (ATPW), Surabaya, 26 Juni 2013, ISSN ..


merupakan jembatan di Indonesia yang melewati selat dan memiliki potensi angin yang cukup besar.

2. Tinjauan Pustaka 2.1. Potensi Tenaga Angin

Indonesia yang merupakan Negara Maritim dengan luas total perairannya 2/3 dari luas daratan memiliki potensi angin yang cukup besar, terutama pada daerah pesisir pantai seperti Jembatan Suramadu, dikarenakan pengaruh dari angin lokal yang begitu besar, angin lokal terjadi akibat perbedaan suhu lokal antara sifat fisis daratan dan lautan, contohnya laut mempunyai kapasitas panas lebih besar daripada darat sehingga laut mampu menyimpan panas lebih lama daripada darat, laut lebih banyak memantulkan sinar matahari daripada darat, energi matahari dapat memasuki laut sampai dalam dengan bantuan arus laut, sedangkan di darat energi matahari hanya mencapai kedalaman beberapa sentimeter. Jembatan Suramadu memiliki potensi angin yang cukup besar.(Damanik 2011)

2.2. WPRLOT (Wind Plot Rose for

Meteorological Data) View Software WPRLOT View adalah

sebuah software berbasis Windows yang digunakan untuk mengetahui distribusi angin baik arah maupun kecepatan. Software ini juga memunculkan perhitungan wind rose dan tampilan grafis yang menggambarkan variable meteorologi untuk rentang waktu dan tanggal sesuai kebutuhan pengguna. wind rose menggambarkan frekuensi kejadian angin pada tiap arah mata

angin dan kelas kecepatan angin pada lokasi dan waktu tertentu.

Wind rose dapat pula digunakan untuk menampilkan grafik dari kecenderungan arah pergerakan angin pada suatu wilayah. Karena pengaruh dari kelerengan lokal, kemungkinan efek pesisir, jangkauan alat, dan variabilitas temporal dari angin, perhitungan wind rose tidak selalu mewakili pergerakan riil angin di wilayah tersebut.

Manfaat wind rose biasa digunakan dalam bidang pelayaran dan penerbangan, perubahan arah angin musiman untuk rancang bangun. Dalam paper ini wind rose dipakai dalam analisa untuk pengembangan sumber energi (PLTAL) dan lain-lain. Gambar 1 menunjukkan tampilan awal dari software yang digunakan untuk mengolah data angin berupa diagram wind rose dan klasifikasi kecepatan serta frekuensi angin pada suatu wilayah.

Gambar 1. Tampilan awal software WRPLOT View (Habibie dkk. - 2011) 2.3. Tenaga Total

Tenaga total aliran angin adalah sama dengan laju energi kinetik aliran yang datang



(1)

Dengan M = laju aliran massa (kg/det)

= kecepatan aliran (m/det) = faktor konversi = 1,9 kg/(N. )

Dengan laju aliran massa diberikan oleh persamaan kontinuitas:

Dengan A = luas penampang melintang aliran ( Sehingga:

(2)

(Pudjanarsa dan Nursuhud 2006)

2.4. Tenaga Maksimum Dengan menerapkan kesetimbangan

energi maka akan diperoleh: (3)

Konstanta 16/27 (=59,3%) ini disebut batas Betz (Betz limit). Angkat ini secara teori menunjukkan efesiensi maksimum yang dapat dicapai oleh rotor turbin angin tipe sumbu horisontal. Pada kenyataanya karena rugi-rugi gesekan dan kerugian di ujung sudu, efesiensi aerodinamika dari rotor, rotor ini akan lebih kecil lagi.


2.5. Tenaga Aktual Efesiensi aktual ( ) adalah

perkaliannya dengan dan adalah perbandingan tenaga aktual terhadap tenaga total:

(4)


2.6. Kincir Angin Sumbu Vertikal Mesin ini lebih awal, kadang disebut

Persian Windmill, merupakan evolusi dari kapal. Tekanan angin mengenai layar atau penampang yang menyebabkan roda berputar. Turbin jenis vertikal adalah H-Darrieus yang sudah ada di pasaran sehingga tidak dilakukan pembuatan desain dari turbin yang dibutuhkan. Dari referinsi Rizkyan (2009) telah di dapatkan salah produk turbin memiliki efisiensi yang relatif tinggi adalah buatan MUCE dengan spesifikasi sebagai berikut: Jenis = VAWT Daya efektif = 5 kW Kecepatan efektif = 2.5-35 m/s Kecepatan maksimal= 60 m/s Teg.output = 380 VAC Waktu hidup = 20 tahun Temperatur = - C ~ + C Tinggi bilah = 4 m Diameter = 3.8 m Luas =15.2 Bahan = Aluminium alloy Banyaknya biah = 5-6 Massa = 376 kg Putaran = 155 rpm Tinggi pilar = 7 m Rem turbin = 15 m/s Efesiensi = 0,53

(Rizkyan 2009)

2.7. Beban Daya Listrik untuk Penerangan di Jembatan Suramadu

Kebutuhan listrik yang utama di jembatan Suramadu adalah daya listrik



untuk penerangan. Berikut adalah data-data yang telah diperoleh tentang penerangan di jembatan Suramadu : Panjang total = 5438 m Lampu sisi Cause Way Sby = 74 buah Lampu sisi Approach Sby = 36 buah Lampu sisi Main Bridge = 80 buah Lampu sisi Approach Mdr = 72 buah Lampu sisi Cause Way Mdr = 54 buah Total jumlah lampu PJU = 316 buah Daya tiap lampu HPS = 250 watt Daya kebutuhan penerangan = 79 kW

(Rizkyan 2009) 3. Metodologi

Gambar 2. Metodologi untuk pencarian daya listrik

Dalam penelitian ini dilakukan

beberapa tahapan metodologi, yakni pengumpulan data yang bertujuan untuk

mendapatkan data kecepatan angin, arah angin berhembus, koordinat titik pengukuran kecepatan angin, dan beban daya jembatan suramadu untuk analisis kecepatan angin rata-rata terbesar dari semua titik. Selanjutnya ditentukan lokasi penempatan turbin beserta arah turbin berdasarkan arah anginnya untuk PLTAL di Jembatan Suramadu. Kemudian dihitung dan dianalisa beban listrik yang dapat dihasilkan oleh energi alternatif angin agar sebanding serta sesuai dengan kebutuhan.

4. Hasil dan Pembahasan

Dari hasil pengukuran dengan menggunakan anemometer di Jembatan Suramadu dengan ketinggian 2 m di atas jalan pada tujuh titik dengan interval jarak 900 m, diukur dengan interval waktu 30 detik per 1 data sheet sehingga didapatkan 15 data sheet kecepatan angin setiap titik. Kemudian dilakukan perhitungan moving average untuk mengurangi efek noise dari kendaraan yang melintas. Sehingga didapatkan data kecepatan angin rata-rata pada tabel Tabel 1. Data kecepatan angin pada siang hari

Siang Hari Nama Lokasi

Kecepatan angin rata-rata (m/s)

Arah angin (utara)

MK1 1,2 135-156 MK2 0,3 185 MK3 0,2 46-131 MK4 2,4 310-201 MK5 1,0 256-131 MK6 1,5 312 MK7 0,8 350

Pengumpulan Data - Kecepatan angin - Arah angin - Koordinat titik pengukuran

kecepatan angin - Beban daya listrik Jembatan

Suramadu

Analisa perhitungan kecepatan angin terbesar dan arah angin di setiap titik pengukuran.

Penetuan titik pemasangan turbin angin sebagai Pembangkit Tenaga Listrik Angin Laut di Jembatan Suramadu.

Analisa beban daya listrik yang dibutuhkan dan dihasilkan oleh energi alternatif angin.



Tabel 2. Data kecepatan angin pada malam hari

Malam Hari Nama lokasi


Arah angin (utara)

MK1 1,6 0 MK2 0,5 0 MK3 0,6 0 MK4 0,4 325 MK5 0,7 0 MK6 0,1 10 MK7 0,4 0

Dari kedua waktu pada tabel 1 dan

tabel 2, kemudian diambil rata-rata kembali untuk menentukan kecepatan angin rata-rata di setiap titik sebagai berikut:

Tabel 3. Kecepatan rata-rata angin pada setiap titik

Nama lokasi


MK1 1,4 MK2 0,4 MK3 0,4 MK4 1,4 MK5 0,9 MK6 0,8 MK7 0,6

Rata-Rata 0,8 Data kecepatan angin rata-rata pada

tahun 2012-2013 sebesar 8,056 m/s yang diukur menggunakan anemometer yang terpasang di jembatan pada ketinggian 8 m oleh PT. Jasa Marga.

Gambar 3. Titik-titik pengukuran kecepatan angin di jembatan Suramadu

4.1. Analisa Kecepatan Angin

Dari data kecepatan angin rata-rata pada tahun 2012-2013 yang di ukur oleh PT. Jasa Marga, sebesar 0,8 m/s pada ketinggian 2 m dibandingkan dengan kecepatan angin rata-rata sebesar 8,1 m/s pada ketinggian 8 m, maka didapatkan hasil seperti pada tabel 4.

Tabel 4. Data kecepatan angin rata-rata setelah dilakukan pendekatan pada ketinggian 8 m

Nama lokasi


MK1 13,7 MK2 3,6 MK3 3,9 MK4 13,6 MK5 8,3 MK6 7,7 MK6 5,6



Dari tabel 4 terlihat ada dua lokasi yang memiliki kecepatan angin terbesar yaitu pada lokasi MK1 dan MK4.

Analisa Arah Angin

Gambar 4. Diagram rose dari data kecepatan dan arah angin yang diukur menggunakan alat anemometer

Terlihat pada gambar 4, adalah hasil

pengolahan data dengan menggunakan software WRPLOT View sehingga didapatkan diagram rose yang menunjukkan arah angin berserta persebaran kecepatannya.

Dari hasil pengukuran arah angin menggunakan alat anemometer di Jembatan Suramadu didapatkan bahwa arah angin bervariasi. Dari diagram rose diketuhui arah angin bervariasi maka dibutuhkan penggunaan turbin angin sumbu vertikal karena turbin ini memiliki poros rotor utama yang tegak lurus sehingga tidak perlu diarahkan ke angin untuk menjadi efektif.

4.2. Penentuan Titik Pemasangan

Turbin Dari data hasil perhitungan tabel 4,

lokasi yang sesuai untuk pemasangan turbin ialah lokasi MK 1 yang memiliki kecepatan angin rata-rata 13,692 m/s

dan lokasi MK 4 yang memiliki kecepatan angin rata-rata 13,568m/s. Hal ini dikarenakan untuk membangun sebuah PLTAL yang menggunakan jenis turbin H-Darrieus dengan buatan MUCE, agar didapatkan daya listrik dibutuhkan kecepatan angin antara 2,5 m/s 25 m/s untuk mengkonversi energi kinetik angin tersebut menjadi sebuah energi listrik.

4.3. Analisa Daya Listrik

Dari data beban daya listrik untuk kebutuhan penerangan di jembatan Suramadu sebesar 79kW.

Dari hasil pengukuran dan pendekatan, didapatkan lokasi yang cocok untuk penempatan turbin yaitu pada lokasi MK1 dan MK4. Dengan data kecepatan angin yang sudah diketahui dapat dilakukan perhitungan untuk mencari estimasi daya listrik yang dihasilkan. Dari hasil perhitungan didapatkan estimasi daya listrik yang dihasilkan sbesar 6666,9 Watt untuk MK1 dan 6487,2 Watt untuk MK4.

Dari estimasi daya listrik yang dihasilkan didapatkan jumlah turbin yang dibutuhkan sebanyak 12 buah untuk memenuhi kebutuhan penerangan sebesar 79000 Watt. Dengan penempatan 7 turbin pada lokasi MK1 dan penenmatan 5 buah cokasi MK4. Hal ini karena berat turbin mencapai 376 kg dan pada lokasi MK4 terbatas atas panjangnya daerah karena berada di tengah jembatan Suramadu.

5. Kesimpulan

Dari hasil analisa yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan. Lokasi yang baik untuk



pembuatan turbin tenaga angin adalah lokasi MK 1 yang memiliki kecepatan angin rata-rata 13,6 m/s dan lokasi MK 4 yang memiliki kecepatan angin rata-rata 13,5 m/s. Estimasi daya listrik yang dihasilkan sbesar 6666,9 Watt untuk MK1 dan 6487,2 Watt untuk MK4. Dibutuhkan 12 buah turbin dengan 7 buah turbin di lokasi MK1 dan 5 buah turbin di lokasi MK4.

Daftar Pustaka Damanik, Asan. (2011). Fisika Energi.

Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma.

Habibie, M Najib. Sasmito, Achmad. Kurniawan, Roni. (2011). Kajian Potensi Energi Angin di Wilayah Sulawesi dan Maluku.Jakarta: BMKG

Pudjanarsa, Astu. Nursuhud, Djati. (2006). Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: ANDI.

Rizkyan, Ganda Akbar.(2009). Studi Pembangkit Listrik Tenaga Angin Laut untuk Memenuhi Kebutuhan Penerangan Jembatan Suramadu.Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

A.12_ATPW 2013_Pemanfaatan Kefceepatan Angin Di Jembatan Nasional

Documents

Transcript of A.12_ATPW 2013_Pemanfaatan Kefceepatan Angin Di Jembatan Nasional